Soroll electromagnètic en motors: definició, característiques i causes

Soroll electromagnètic en motorsés un problema comú durant el funcionament del motor. S'origina a partir d'ones de força electromagnètiques generades pel camp magnètic altern a l'espai d'aire entre l'estator i el rotor, així com l'efecte magnetostrictiu del nucli de ferro, que indueix vibracions del nucli de ferro de l'estator i el marc i irradia encara més soroll. A diferència del soroll mecànic i del soroll aerodinàmic, el soroll electromagnètic té causes complexes i perjudica el rendiment operatiu dels motors. Una comprensió-profunda de la seva definició, característiques i causes fonamentals és un requisit previ fonamental per a l'optimització del rendiment del motor i la reducció del soroll. Concretament, es refereix al soroll de l'aire irradiat cap a l'exterior quan les ones de força electromagnètica periòdiques produïdes pel camp magnètic altern a l'espai d'aire de l'estator-rotor desencadenen una vibració forçada del nucli i del marc de l'estator, juntament amb el soroll de vibració induït per l'efecte magnetostrictiu del nucli de ferro.

Soroll electromagnètic en motorses pot diferenciar clarament del soroll mecànic i del soroll aerodinàmic mitjançant les següents característiques típiques:

Després d'apagar el motor, el rotor continua girant a causa de la inèrcia, però el soroll desapareix a l'instant i completament. Aquest és el mètode més senzill per distingir el soroll electromagnètic d'altres tipus de soroll. En les proves pràctiques, la velocitat del motor abans del tall de corrent ha de ser superior a la velocitat on es sospita que es produeix un soroll electromagnètic. Atès que la velocitat de rotació disminueix ràpidament després de la desconnexió de l'alimentació (especialment per als motors d'imants permanents), es requereix una velocitat d'apagada relativament alta per garantir que el rang de velocitat de funcionament després de l'apagada-cobri la banda de velocitat on apareix soroll electromagnètic.

El soroll electromagnètic de baixa-freqüència sol presentar-se com un so ressonant sord, causat principalment per harmònics de camp magnètic de baix-ordre; El soroll electromagnètic d'alta-freqüència es manifesta com un soroll agut de xiulets o grinyols, que prové principalment d'harmònics de modulació PWM, harmònics de ranura i harmònics magnètics d'-alt ordre.

La ressonància es produirà quan la freqüència d'excitació de les ones de força electromagnètica coincideix amb o s'aproxima a la freqüència de vibració natural del nucli i del bastidor de l'estator, provocant un augment exponencial del nivell de soroll i donant lloc a un soroll anormal.

El mecanisme de formació del soroll electromagnètic segueix la cadena: -distorsió del camp magnètic de l'espai d'aire → ones de força electromagnètiques alternes → vibració estructural forçada → radiació del soroll, amb la distorsió del camp magnètic de l'espai-aire com a causa principal.

1. Fluctuacions radials de la força electromagnètica induïdes per la distorsió del camp magnètic de l'-gap d'aire

El buit d'aire entre l'estator i el rotor és el medi central per a la transmissió del camp magnètic dins d'un motor. En condicions ideals, el camp magnètic de la bretxa d'aire segueix una forma d'ona sinusoïdal estàndard amb forces electromagnètiques simètriques i distribuïdes uniformement sense fluctuacions periòdiques, per la qual cosa no genera vibracions ni sorolls. En aplicacions pràctiques d'enginyeria, però, diverses desviacions de disseny i fabricació, com ara la coincidència de pols-ranures, l'excentricitat de l'estator-rotor, els circuits magnètics asimètrics i els corrents de fase desequilibrats distorsionaran el camp magnètic i generaran nombrosos camps magnètics harmònics. Quan es superposen al camp magnètic fonamental, aquests camps harmònics produeixen ones radials de força electromagnètica de diferents ordres i freqüències. Actuant com a càrregues alternes periòdiques sobre les dents de l'estator i el nucli de ferro, les forces radials estiren i comprimeixen contínuament l'estructura de l'estator per induir una vibració de l'estator d'alta -freqüència. L'energia de vibració es transmet al bastidor del motor, agita l'aire ambiental i, finalment, forma soroll electromagnètic. Aquest mecanisme principal representa més del 80% de l'energia total del soroll electromagnètic.

2. Excitació harmònica de ranura causada per efecte de ranura

Les ranures mecanitzades a l'estator i al rotor trenquen la uniformitat dels circuits magnètics a l'entrefer i desencadenen camps magnètics harmònics de ranura. Les obertures de les ranures de l'estator i del rotor provoquen fluctuacions periòdiques de la densitat de flux magnètic de l'espai-aire, generant forces electromagnètiques harmòniques de ranura amb ordres fixos i amplituds estables. Aquestes forces harmòniques presenten freqüències fixes i una gran capacitat d'excitació, que constitueixen la principal causa del xiulet electromagnètic d'alta-freqüència en motors d'imants permanents i motors d'inducció de mida petita i mitjana-. Particularment quan els números de ranura de l'estator i el rotor coincideixen sense raó, l'amplitud de les forces harmòniques de la ranura augmenta bruscament, cosa que ressona fàcilment amb l'estructura de l'estator i agreuja els defectes de soroll. Per tant, la coincidència de la ranura del rotor-estator és un paràmetre crític en el disseny del motor. S'ha de confirmar en la fase inicial de disseny, ja que les modificacions en la fase posterior seran extremadament difícils.

3. Efecte magnetostrictiu i interferència dels harmònics de control

D'una banda, les làmines d'acer al silici del nucli de ferro del motor pateixen una petita deformació periòdica d'expansió i contracció sota camps magnètics alternatius, conegut com a efecte magnetoestrictiu. Aquestes -microdeformacions d'alta freqüència- provoquen la vibració global del nucli de ferro i produeixen un zumbit electromagnètic de baixa-freqüència, que és especialment destacat en motors-de gran potència amb nuclis de ferro de gran-mida. D'altra banda, els motors de -freqüència ajustable-de velocitat variable són alimentats per convertidors de freqüència que adopten modulació PWM. La modulació de pols d'ona-quadrada introdueix abundants harmònics de corrent i de voltatge d'alta-freqüència, que distorsionen encara més el camp magnètic-aire, generen ones de força electromagnètiques d'-alta freqüència i provoquen l'únic soroll de-xiulet d'alta freqüència del motor{15}}variable. A més, l'excentricitat de l'espai-aire, la distribució asimètrica del bobinat, els errors de gir del bobinatge, la permeabilitat magnètica inconsistent de les làmines d'acer al silici i altres defectes empitjoraran la distorsió del camp magnètic i intensificaran indirectament el soroll electromagnètic.

L'essència desoroll electromagnètic en motorsla reducció rau en l'optimització d'harmònics, entre els quals els harmònics de ranura són la màxima prioritat. Altres tipus d'harmònics són relativament més fàcils d'optimitzar i exerceixen influències menors sobre el soroll electromagnètic. Els factors clau que afecten els harmònics de ranura inclouen la coincidència de pol-ranura, l'amplada d'obertura de la ranura i la profunditat d'obertura de la ranura, que s'han d'avaluar exhaustivament juntament amb altres indicadors de rendiment del motor durant el disseny.